package cn.jingyuan.owl.utils.core.lang;

import cn.jingyuan.owl.utils.core.StringUtils;
import cn.jingyuan.owl.utils.core.date.SystemClock;

import java.io.Serializable;

/**
 * Twitter 的 Snowflake 算法<br>
 * 分布式系统中，有一些需要使用全局唯一 ID 的场景，有些时候我们希望能使用一种简单一些的 ID，并且希望 ID 能够按照时间有序生成。
 *
 * <p>
 * snowflake 的结构如下(每部分用-分开):<br>
 *
 * <pre>
 * 0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 - 000000000000
 * </pre>
 * <p>
 * 第一位为未使用，接下来的 41 位为毫秒级时间(41 位的长度可以使用 69 年)<br>
 * 然后是 5 位 datacenterId 和 5 位 workerId(10 位的长度最多支持部署 1024 个节点）<br>
 * 最后 12 位是毫秒内的计数（12 位的计数顺序号支持每个节点每毫秒产生 4096 个 ID 序号）
 * <p>
 * 并且可以通过生成的 id 反推出生成时间,datacenterId 和 workerId
 * <p>
 * 参考：http://www.cnblogs.com/relucent/p/4955340.html
 */
public class Snowflake implements Serializable {

    // Thu, 04 Nov 2010 01:42:54 GMT
    private final long twEpoch = 1288834974657L;

    private final long workerIdBits = 5L;

    private final long dataCenterIdBits = 5L;

    // 最大支持机器节点数 0~31，一共 32 个
    private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);

    // 最大支持数据中心节点数 0~31，一共 32 个
    private final long maxDataCenterId = -1L ^ (-1L << dataCenterIdBits);

    // 序列号 12 位
    private final long sequenceBits = 12L;

    // 机器节点左移 12 位
    private final long workerIdShift = sequenceBits;

    // 数据中心节点左移 17 位
    private final long dataCenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;

    // 时间毫秒数左移 22 位
    private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + dataCenterIdBits;

    private final long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);// 4095

    private final long workerId;

    private final long dataCenterId;

    private final boolean useSystemClock;

    private long sequence = 0L;

    private long lastTimestamp = -1L;

    /**
     * 构造
     *
     * @param workerId 终端 ID
     * @param dataCenterId 数据中心 ID
     */
    public Snowflake(long workerId, long dataCenterId) {
        this(workerId, dataCenterId, false);
    }

    /**
     * 构造
     *
     * @param workerId 终端 ID
     * @param dataCenterId 数据中心 ID
     * @param isUseSystemClock 是否使用 {@link SystemClock} 获取当前时间戳
     */
    public Snowflake(long workerId, long dataCenterId, boolean isUseSystemClock) {
        if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(StringUtils.format("worker Id can't be greater than {} or less than 0", maxWorkerId));
        }
        if (dataCenterId > maxDataCenterId || dataCenterId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(StringUtils.format("datacenter Id can't be greater than {} or less than 0", maxDataCenterId));
        }
        this.workerId = workerId;
        this.dataCenterId = dataCenterId;
        this.useSystemClock = isUseSystemClock;
    }

    /**
     * 根据 Snowflake 的 ID，获取机器 id
     *
     * @param id snowflake 算法生成的 id
     *
     * @return 所属机器的 id
     */
    public long getWorkerId(long id) {
        return id >> workerIdShift & ~(-1L << workerIdBits);
    }

    /**
     * 根据 Snowflake 的 ID，获取数据中心 id
     *
     * @param id snowflake 算法生成的 id
     *
     * @return 所属数据中心
     */
    public long getDataCenterId(long id) {
        return id >> dataCenterIdShift & ~(-1L << dataCenterIdBits);
    }

    /**
     * 根据 Snowflake 的 ID，获取生成时间
     *
     * @param id snowflake 算法生成的 id
     *
     * @return 生成的时间
     */
    public long getGenerateDateTime(long id) {
        return (id >> timestampLeftShift & ~(-1L << 41L)) + twEpoch;
    }

    /**
     * 下一个 ID
     *
     * @return ID
     */
    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = genTime();
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            // 如果服务器时间有问题(时钟后退) 报错。
            throw new IllegalStateException(StringUtils.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for {}ms", lastTimestamp - timestamp));
        }
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            if (sequence == 0) {
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0L;
        }

        lastTimestamp = timestamp;

        return ((timestamp - twEpoch) << timestampLeftShift) | (dataCenterId << dataCenterIdShift) | (workerId << workerIdShift) | sequence;
    }

    /**
     * 下一个 ID（字符串形式）
     *
     * @return ID 字符串形式
     */
    public String nextIdString() {
        return Long.toString(nextId());
    }

    /**
     * 循环等待下一个时间
     *
     * @param lastTimestamp 上次记录的时间
     *
     * @return 下一个时间
     */
    private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = genTime();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = genTime();
        }
        return timestamp;
    }

    /**
     * 生成时间戳
     *
     * @return 时间戳
     */
    private long genTime() {
        return this.useSystemClock ? SystemClock.now() : System.currentTimeMillis();
    }

}
